CN102673565B - 用于控制机动车辆的起动过程的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于控制机动车辆的起动过程的方法，其中机动车辆由通过至少一个压缩机增压的内燃发动机所驱动，在该方法中，检测所述起动过程的开始，感测机动车辆的至少一个工作参数和/或至少一个环境参数，并且如果至少一个工作参数和/或环境参数在设定点范围之外，则启动至少一个压缩机。本发明还涉及用于控制机动车辆的起动过程的装置。

Description

用于控制机动车辆的起动过程的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于控制机动车辆起动过程的方法和装置，其中机动车辆由增压内燃发动机驱动。

背景技术

内燃发动机，特别是柴油发动机和火花点火发动机越来越多地配备有用于向发动机输送的空气的压缩机。压缩被输送至发动机的充气能够获得功率上的显著提高。反过来，预定功率能够通过具有相对小排量的增压发动机实现，因此能够实现相对小并且相对轻质的设计并且可通过在燃料消耗率方面更经济的方式驱动车辆。

这种压缩机可被实施为例如排气涡轮增压器或者其他的由发动机操作的压缩机。排气涡轮增压器由内燃发动机的排气流驱动。涡轮增压器具有为此目的设置在排气流中的涡轮机并且涡轮机驱动压缩发动机的充气的压缩机。然而，这种压缩机也能够经由带驱动被内燃发动机驱动或者直接借助于曲轴被驱动。

因为排气涡轮增压器由设置在排气流中的涡轮机驱动，所以压缩效应以及因此的内燃发动机的功率增加均依赖于排气流；因此，可感知的扭矩升高仅发生在内燃发动机具有相对高的旋转速度时。由内燃发动机驱动的压缩机即便在相对低的旋转速度的情况下也能够获得升高的充气压力；然而，这种压缩机需要内燃发动机可用的相当大的一部分功率。

由于这些原因，还使用排气涡轮增压器与压缩机的组合(在此也被称作“增压器/机械增压器(supercharger)”)(其由内燃发动机驱动)，其中两个压缩机以彼此并联或串联的方式运行。为了避免当不需要压缩机时压缩机的功率消耗，可以提供例如在内燃发动机的怠速模式中断开压缩机的离合器。

当机动车辆起动时，通常发生的是，通过启用加速器踏板，驾驶员请求大扭矩以便加速机动车辆，但是由于发动机处于怠速状态从而用于增压发动机的一个或更多个压缩机没有处于能够向发动机供给有效的充气压力的运行状态。为此目的，例如必要的是达到排气涡轮增压器的足够的旋转速度并且闭合压缩机的离合器；仅当相应压缩机本身已经达到足够的旋转速度时，可以向内燃发动机供给会导致期望的扭矩或功率增加的充气压力。因此，在发动机由于经济性原因而具有相对小的设计并且为实现期望的功率而配备有一个或更多个充气压缩机的情况下，在起动过程开始时仅可以获得相对小的功率。

这具体地应用于不利的环境情况下，其中内燃发动机由于热力学情况仅输出减小的扭矩或减小的功率，所述热力学状况即例如在高纬度处的减小的空气压力的情况下或高的外部温度的情况下。这在针对起动必需具有增大的扭矩时是特别有问题的，例如如果机动车辆位于上坡并且例如由于拖车从而具有增大的质量时。在这种情况中，起动可用的扭矩一般是不足的。

发明内容

本发明的目的是提供控制机动车辆的起动的方法和装置，其中机动车辆由机械增压内燃发动机驱动，使用该方法和装置将不发生以上提到的缺点。

在机动车辆由内燃发动机驱动的情况下，其中内燃发动机由至少一个压缩机机械增压，则检测起动过程的开始。这能够通过例如踩下加速器踏板相应的量而在非常早的时间已经发生，具体是在驾驶员请求增加的扭矩之前。

根据本发明，感测机动车辆的至少一个工作参数和/或至少一个环境参数。相应的传感器为此目的被提供，这些传感器的信号被感测并且被评估。如果至少一个工作参数或环境参数在设定点范围之外，则至少一个压缩机以预言性方式被启用。为了启用压缩机，可以例如闭合离合器，其中压缩机借助于该离合器被发动机驱动，或者可以启用压缩机的电驱动器，这样压缩机被驱动并且积聚充气压力。在具有排气涡轮增压器和另一充气压缩机的机动车辆中，这特别应用至所述另一充气压缩机。设定点范围指示出在何种环境参数或工作参数下即便没有打开压缩机仍能够预期到可以为起动过程产生足够的扭矩；因此在参数值处于设定点范围之外的情况中，压缩机因此可能是必要的，以便通过增加充气压力来产生足够的扭矩。设定点范围能够具体地针对机动车辆或内燃发动机被预先确定，或者能够针对相应起动过程根据其他参数被计算。因此，压缩机可以根据至少一个工作参数和/或环境参数以预言性方式被启用。

因为至少一个压缩机已经在非常早的时间被启用，具体地甚至早于对于增加的扭矩的请求，所以在增加的扭矩被实际请求的时刻可以获得产生增加的扭矩所必需的充气压力。因此，在检测起动过程的开始和通过相应地下压加速器踏板而请求起动所必需的扭矩之间的时间段被用来启用压缩机并且积聚充气压力以便产生扭矩。因此，在下压加速器踏板和发动机的完全响应之间不再存在可感知的延迟。因为在至少一个压缩机启用之前检测所述压缩机是否需要实施起动过程，所以可以确保压缩机仅在期望被需要时被启用；在不需要该至少一个压缩机的起动过程的情况下，压缩机不被启用。这使得可以避免由于被联接至内燃发动机的压缩机的功率迟滞而导致的不必要的燃料消耗。此外，在压缩机的功率例如通过变速器或压缩机的电子驱动器而可被控制的情况下，可以确保压缩机以如下方式被启用，即在请求时可以获得期望被需要的精确的充气压力(可能加上一些备用量)。

根据本发明的方法在半自动或双离合器变速器中是有利的，其中离合器的滑动时间能够被减小并且因此可以增加使用寿命。

在带有能被手动启用的离合器的机动车辆的情况中，起动过程的开始能够通过启用离合器而被检测到；这种启用一般发生在驾驶员希望接合用于起动的齿轮速度(gearspeed)时，并且因此适合于检测驾驶员的起动意图。当达到齿轮速度已经被接合并且离合器踏板被下压时，驾驶员的起动意图也能够通过离合器踏板朝向接合点(bite-point)的运动的开始而被检测到。为了感测离合器踏板的启用，能够在离合器踏板上提供对应的传感器。然而，起动过程的开始也能够通过通常在机动车辆在怠速模式运转之后且在起动之前或在发动机已经被起动之后立即发生的齿轮速度的接合而被检测到。

在带有自动变速器的机动车辆情况中，起动过程的开始能够通过例如加速器踏板的启用而被检测到。因为自动车辆通常通过制动器踏板的启用而保持在静止状态，并且加速器踏板直到恰起动之前才被启用，这使得可以对起动过程的开始进行可靠检测。为了检测加速器踏板的位置，能够使用传感器，传感器一般出现在存在数字发动机控制系统或存在所要求的被测量值的任何情况中。然而，制动器踏板的释放也能够被用来检测起动过程的开始，也能够检测例如自动变速器从空挡位置或停车位置(“N”或“P”)开始的与驱动位置(一般由“D”指示)的接合。相应的传感器可以为此目的被提供。在带有手动变速箱的车辆的情况中，有利的是除了感测离合器的启用或感测齿轮速度换挡过程之外，还可以使用加速器踏板的位置来检测起动过程的开始。

因为机动车辆在离合器踏板已经被下压之后和/或在接合齿轮速度之后的所有情况中均不会立即设定为移动，所以可以提供一个时间段，在该时间段过后，如果没有为接合离合器目的而进一步启用离合器踏板或者如果没有启用加速器踏板，则压缩机被再次停用。结果，由压缩机运行导致的能量消耗能够被减少。

根据本发明的一个优选实施例，能够基于早期检测驾驶员从静止状态加速机动车辆的意图来确定在不启用至少一个压缩机的情况下产生的第一设定点扭矩。第一设定点扭矩能够以预言性方式被具体地确定成，即在所述扭矩尚未由加速器踏板的相应位置请求并且所述扭矩也尚未产生的时刻。此外，第二设定点扭矩被确定成其被请求以实施起动过程。第二设定点扭矩也被确定成，具体地在所述扭矩未被请求并且也未被内燃发动机已经可获得的时刻。如果第一设定点扭矩小于第二设定点扭矩，即在第二设定点扭矩在没有打开压缩机的情况下而未能产生的情况下，则至少一个压缩机以预言性方式被启用。

能够评估各种数据以作为启用压缩机和/或确定第一设定点扭矩和第二设定点扭矩的基础，所述数据具体地包括借助于内燃发动机的设计、压缩机的设计以及(如果适当)发动机的其他额外组件的设计被确定的永久性预定参数以及由传感器感测的其他参数。

环境参数能够被有利地感测并且具体地在确定第一设定点扭矩时被考虑，所述环境参数具体地是环境空气的压力和/或温度。因为内燃发动机的功率依赖燃料借助氧的燃烧，所述氧被包含在输入到发动机内的空气中，因此由内燃发动机产生的扭矩以及产生的功率依赖于被输入到发动机内的空气的压力和温度。这具体可以应用于机械增压内燃发动机。因此，通过考虑到空气压力和环境温度，可以在任何环境情况中确定在未启用压缩机的情况下能够由内燃发动机产生的扭矩，并且因此压缩机能够以适于相应环境情况的方式被启用。这在当机动车辆处于空气压力显著降低的高纬度是特别有利的。对应的传感器可以被提供用于感测空气压力和空气温度。

能够被有利地感测和使用以便具体地确定第二设定点扭矩的工作参数是例如正的坡度值，其指示出车辆起动的正的倾斜度。为了感测正坡度，可以提供斜率传感器，其测量的值(如果是适当)能够通过感测前车桥和后车桥之间的负载分配而被校正。因为起动所需的扭矩依赖于正坡度，所以依赖正坡度的压缩机启用也允许在正坡度上的舒适且迅速的起动。当在负坡度的路段或者甚至在平面上起动时，在某些情况下可以完全免除压缩机的起动。

能够具体用于确定第二设定点扭矩的其他这种工作参数是机动车辆的质量或者由负载增大的机动车辆质量。后者可以通过例如传感器被感测，所述传感器通常已经存在于例如车辆运动动态控制器的电子控制系统的范围内。因为在起动期间给定加速度所必需的扭矩依赖于机动车辆的质量，所以依赖质量的压缩机启用通常允许舒适且迅速的起动。

拖车的质量能够以特别有利的方式被感测并且用于第二设定点扭矩的确定中，因此，起动所必需的扭矩能够改变到相当的程度。在此背景下，通常可能已经足以检测到拖车的存在，以便带来适于该情况的压缩机启用。

正坡度值和机动车辆的质量被以特别有利的方式被感测，具体是在拖车存在和负载的情况下。结果，在如下这种特别有问题的情况中，其中车辆在带有满载拖车时在斜坡上起动时，压缩机的必要起动能够被控制并且能够确保可靠且迅速的起动。

根据本发明一个优选的实施例，起动控制器基于检测到起动过程的开始而被启用。能够考虑起动控制器来确定第一设定点扭矩。在此，起动控制器可以具体包括前馈控制器，基于该前馈控制器，例如当检测到计划的起动过程时，怠速转速通过例如进一步打开节流阀或者增大喷射的燃料量而被增大。结果，特定的扭矩备用量或者功率备用量已经可获得。前馈控制能够在压缩机启用之前被有利地启用。然而，还可在启用之后或者在另一时刻使用前馈控制。起动控制器还能够额外地包括例如防滑控制器。具体地，结合这种起动控制器，根据本发明的方法显著地改进了机动车辆从静止状态的起动行为。

因为内燃发动机可用于起动的功率和/或可用扭矩由于额外负载(例如空调系统的压缩机)而减少，所以有利地是其可被提供为：至少一个用于向内燃发动机充气的压缩机根据内燃发动机的额外负载而被启用。具体地，在确定第二设定点扭矩时能够考虑到一个或更多这种额外负载。结果，可以在进一步的改进方式中确保起动所必需的扭矩能够是可获得的。

可替代地或者额外地，其可被提供为内燃发动机的一个或更多个额外负载在起动过程持续期间被停用。结果，内燃发动机在起动过程中卸去了负载，因此可用于起动的扭矩相对较高。

根据本发明用于控制由内燃发动机驱动的机动车辆的起动过程的装置，所述内燃发动机由至少一个压缩机增压，所述装置包括用于检测起动过程开始(特别是甚至在驾驶员的增大扭矩的请求之前)的传感器器件和用于启用至少一个压缩机的控制器件。根据本发明，所述装置包括用于感测机动车辆的至少一个工作参数和/或至少一个环境参数的其他传感器器件；所述控制器件被实施成，在至少一个工作参数和/或环境参数处于设定点范围之外的情况下，至少一个压缩机被启用。

用于检测起动过程的传感器器件可以包括例如加速器踏板和/或离合器踏板和/或齿轮速度换挡杆或自动变速器中的选择杆的位置。传感器器件可以是也被分配至机动车辆的其他开环和闭环控制系统的传感器。

其他传感器器件被具体设计为感测机动车辆的至少一个工作参数，例如机动车辆的质量、机动车辆所处且将要在其上起动的当前正坡度以及/或者拖车及其上负载的存在性。额外地或可替代地，其他传感器器件能被设计为感测至少一个环境参数，例如外部空气的压力和/或温度。

控制器件能够具体包括微处理器，所述微处理器被配置为评估由传感器器件提供的测量值并且启用/致动压缩机。控制器件可以具体地是数字发动机控制器的一部分。

控制器件可以被构造成例如，通过考虑到由其他传感器器件供给的数据，在不启用至少一个压缩机的情况下所产生的第一设定点扭矩和起动过程所需的第二设定点扭矩被确定，并且如果第一设定点扭矩小于第二设定点扭矩，则以预言性方式启用至少一个压缩机。仅当必需产生起动过程所需的扭矩时才由控制器件启用压缩机。如果预期不需要压缩机，则它不被启用。如果适当，则压缩机能够以如下方式被启用，即它仅产生期望所必需的充气压力，其中可以提供一定的备用量。

结果，一方面可以最小化压缩机的能量消耗，并且另一方面可以确保在增加的扭矩被请求以用于起动的时刻，也能够确保所述扭矩内燃发动机所产生。

附图说明

本发明将以示例方式参考在每种情况的示意说明图中作为流程图的附图被更详细地说明，在附图中：

图1示出在具有手动变速箱的机动车辆中根据本发明实施例的方法的顺序，以及

图2示出在具有自动变速箱的机动车辆中根据本发明实施例的方法的顺序。

具体实施方式

如在图1中以示例方式图示说明的，驾驶员例如通过启用离合器踏板或者通过接合齿轮速度从而使用手动变速箱开始机动车辆的起动过程。为此目的，其信号用于检测起动过程的开始的传感器被提供在离合器踏板上或者换挡杆上。在下一步骤中，检测机动车辆的发动机是否已经处于怠速模式或者没有处于怠速模式。如果发动机还未运转，则发动机自动起动。

相应的传感器连续地(例如每100ms)确定环境空气的压力值和温度值以及当前正坡度，以及根据需要还连续地确定机动车辆的质量和/或重量。这些测量值被传递至控制器装置。控制器装置确定相应测量值是处于被存储在控制器装置内的相应设定点范围之内还是之外。设定点范围是能够基于事先的测量值或者基于机动车辆的发动机模型而被假定的、在不开启压缩机的情况下已经产生足够扭矩以用于起动过程的相应测量变量的预定范围。设定点可被具体地通过设定点值被确定，所述设定点值的特征在于，在该状况下即便没有开启压缩机也能够产生足够的扭矩，不过如果适当的话，则还可以使用例如前馈控制器的起动控制器。

是如下情况，即具体地是，当测量的空气压力p近似对应于海平面的标准大气压力，车辆处于平面(即，α＝0°)，温度T未超过预定温度，并且车辆的质量m未超过预定质量时。在这种情况中不必要为起动过程启用压缩机。然后，必要的仅是启用前馈控制器，该前馈控制器通过进一步打开节流阀或者增大喷射的燃料量而增大怠速转速，并且因此得到了可用的扭矩备用量。结果，能够产生起动所必需的扭矩。如果适当的话，则防滑控制被启用以便进一步改进起动过程。

然而，如果至少一个特定测量值位于相应设定点范围之外，即如果例如空气压力p明显低于海平面的空气压力或者如果车辆处于可感知的正坡度(α＞0°)，则这就是在不打开压缩机的情况下所产生的扭矩不足以满足起动过程的征兆。之后，前馈控制也被启用并且因此产生可用的扭矩备用量。此外，在未启用压缩机的情况下所能产生的且同时考虑到当前空气压力和当前温度的最大扭矩被确定成，实施起动所必需的且同时考虑到正坡度和机动车辆质量的扭矩。如果以此方式能够产生的扭矩足够大，则不必启用压缩机。然而，如果在未启用压缩机的情况下即便是在前馈控制的协助下仍不能产生必需的扭矩(即，如果必需增大充气压力)，则启用压缩机。为此目的，离合器(压缩机经由该离合器被发动机驱动)被关闭。结果，在不良条件下也能够产生起动所必需的扭矩。

如果适当地考虑防滑控制过程，则起动对应于加速器踏板的位置借助于发动机的控制过程以其他顺序被控制。在此背景下，依赖于扭矩请求，可能的是在晚些时刻启用压缩机，即使是在压缩机由于环境参数和/或工作参数而在所描述的早些时刻未被打开的情况中仍如是。结果，在所有情况中均可获得足够的扭矩。

根据图2，在带有自动变速器的机动车辆中通过加速器踏板的启动来检测起动过程的开始。如果加速器踏板的偏移x未超过预定限值x₀，则在没有启用压缩机的情况下实现所述启动。类似地，如果加速器踏板下压时的转速低于阈值u₀并且未启用将加速器踏板踩到最大程度(kickdown)，则能够在不启用压缩机的情况下发生所述起动。如果多个条件中的一个未被满足，例如，如果加速器踏板被深度地或快速地下压或者将加速器踏板下压到最大程度，则确定被对应的传感器连续感测的车辆参数和环境参数是否位于相应设定点范围(见上文)之外，即例如确定空气压力p低于海平面标准大气压力是否超过阈值△p₀，正坡度α是否大于阈值α₀和/或温度T是否超过预定最大温度T₀。如果是这种情况，即如果至少一个测量变量在设定点范围之外，则启用压缩机。否则，压缩机不被启用。此外，能够使用前馈控制过程。

根据加速器踏板位置来控制所述起动，如果适当的话还使用其他控制过程。在每种情况中，可以根据扭矩请求在晚些时刻开启压缩机。在此背景下，通常可获得足够的扭矩。

Claims (9)

1.一种用于控制机动车辆的起动过程的方法，所述机动车辆由通过至少一个压缩机来增压的内燃发动机所驱动，其中

检测所述起动过程的开始，其中感测所述机动车辆的至少一个工作参数和/或至少一个环境参数，并且其中如果所述至少一个工作参数和/或环境参数处于设定点范围之外，则启动所述至少一个压缩机，并且其中所述至少一个压缩机的所述启动发生在驾驶员请求增加的扭矩之前。

2.如权利要求1所述的方法，其中

根据所述至少一个工作参数和/或环境参数来确定在未启动所述至少一个压缩机的情况下能够产生的第一设定点扭矩和所述起动过程所要求的第二设定点扭矩，并且其中如果所述第一设定点扭矩小于所述第二设定点扭矩，则预言性地启动所述至少一个压缩机。

3.如权利要求2所述的方法，其中

所述至少一个环境参数是空气压力和/或外部温度。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中

所述至少一个工作参数是正坡度和/或所述机动车辆的负载。

5.如权利要求2所述的方法，其中

起动控制器被启动并且在考虑到所述起动控制器的情况下确定所述第一设定点扭矩。

6.如权利要求5所述的方法，其中

所述起动控制器在启动所述至少一个压缩机之后被启动。

7.如权利要求1所述的方法，其中

根据所述内燃发动机的额外负载来启动所述至少一个压缩机。

8.如权利要求7所述的方法，其中

所述内燃发动机的额外负载针对所述起动过程被停用。

9.一种用于控制机动车辆的起动过程的装置，所述机动车辆通过由至少一个压缩机增压的内燃发动机所驱动，其中所述装置包括用于检测所述起动过程的开始的传感器器件和用于启动所述至少一个压缩机的控制器件，其中

所述装置包括用于感测所述机动车辆的至少一个工作参数和/或至少一个环境参数的其他传感器器件，其中所述控制器件被设计成在所述至少一个工作参数和/或环境参数处于设定点范围之外的情况下，启动所述至少一个压缩机，并且其中所述至少一个压缩机的所述启动发生在驾驶员请求增加的扭矩之前。